通过国内外的研究现状分析以及前期的研究,说明在该项目中对设置减缓措施的研究是非常必要的:
(1)由于本线列车最大行车速度为250 km/h,且隧道靠近美兰机场,洞口附近构筑物(房屋、公路)较多,故需要在洞口设置缓冲设施。
(2)调研表明,前期对缓冲设施及其特性的研究主要是针对缓冲设施解决隧道出口端的空气动力学问题而开展的,以便更有效地削减微压波。而对于设置缓冲设施后,对洞身段及地下车站内的影响,还未见到该方向的研究成果。因此本课题主要针对设置缓冲设施对洞身段及地下车站内空气动力学效应的影响进行研究。
(3)考虑到列车在站内会车时,会对屏蔽门的运营安全造成一定影响,并且存在旅客上车的同时有列车经过的情况,会对旅客产生不利的影响。而缓冲措施在降低压力波动方面作用明显,故本课题对其降低站内压力波动的效果开展相应的研究。
(4)本项目的试验和数值计算结果分析表明:在车速为 250 km/h 情况下,车站内无明显的微压波释放现象发生,但是当压缩波到达隧道断面扩大段时会有一定程度的能量释放。因此有必要设置减缓措施,以进一步降低压缩波能量释放的强度。
因此,项目课题组决定对隧道出入口设置缓冲设施的参数及缓解气动效应的效果进行研究。同时,结合美兰机场隧道客运专线的具体情况,拟采用顶部开口型缓冲设施,并对不同开口形式进行比较,确定出最优方案。
采用模型试验和数值模拟两种手段进行研究。
第一阶段:施工图阶段
采用模型试验确定缓冲设施的设计参数:模型试验为隧道洞口设置缓冲结构,洞身段设置减压井,地下车站内站台设置屏蔽门(屏蔽门全封闭),共 18组试验。具体模拟工况见表3.5-1。其气动效应减缓设施布置见图3.5-1。
表3.5-1 缓冲设施模型试验研究内容
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图3.5-1 美兰机场地下车站隧道施工设计方案气动效应减缓设施布置示意(施工图设计)(单位:m)
根据模型试验得到的缓冲设施优化参数,利用数值计算分析车站会车情况下的压力波动。数值计算共3组,模拟隧道洞口设置缓冲设施,同时洞身段设置减压井、地下车站内站台设置屏蔽门(屏蔽门全封闭),列车运行速度分别为 160 km/h、200 km/h、250 km/h,以确定最不利工况下车站隧道的气动效应。具体工况见表3.5-2。其气动效应减缓设施布置见图3.5-2。
表3.5-2 缓冲设施数值计算内容
图3.5-2 美兰机场地下车站隧道变更设计方案气动效应减缓设施布置示意(变更设计)(单位:m)
第二阶段:变更设计阶段
第二阶段主要针对变更施工方案进行数值计算。针对隧道洞口设置缓冲设施,同时洞身段设置减压井、地下车站内站台设置屏蔽门的情况,仅对列车运行速度为250 km/h进行模拟,运营工况4种。具体工况见表3.5-3所示。
表3.5-3 缓冲设施数值分析工况
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